CN108222817A - 一种双腔式外套管结构的冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双腔式外套管结构的冲击器，它包括后接头，所述后接头上连接有外套管；所述外套管的内部套装有内缸，所述内缸的内部通过后接头定位安装有配气杆，所述配气杆的腔体内部安装有逆止阀，在逆止阀的腔体内部安装有弹簧；所述外套管内部安装有活塞，所述活塞的一端与内缸的内壁相配合，另一端与安装在外套管内部的导向套相配合；所述外套管的末端安装有前接头，所述前接头和导向套相配合的端面定位安装有卡环；所述前接头的内部通过卡环限位滑动配合安装有钻头，所述钻头的冲击端面与活塞的端面接触配合，并传递冲击能。有效增大了冲击活塞工作了面积，使得压缩气体利用率大大提高。

Description

一种双腔式外套管结构的冲击器

技术领域

本发明涉及一种气动冲击设备零部件，特别是一种双腔式外套管结构的冲击器。

背景技术

无阀型潜孔冲击器是一种典型的气动冲击设备，它是潜孔钻机的钻具，是钻机实施钻孔的工作机构。这种设备主要用于钻凿直径65-305mm，孔深60m凿岩爆破孔。显然，一部潜孔钻机的钻孔效率在很大程度上取决于冲击器的性能。

目前，市场上使用的无阀潜孔冲击器主要是由瑞典山特维克米申公司生产的Mission系列活塞导向套式无阀单缸结构潜孔冲击器，Mission系列无阀冲击器由16个零件组成，带有API螺纹的后接头1是冲击器与钻杆连接的机件；逆止阀2是防止岩浆水流入冲击器及钻杆的单向阀；横销5是配气杆8和逆止阀座3、后接头1连接的机件；逆止阀座3还能将压缩空气引入配气杆8内，连同缸体7、配气杆8、活塞9一起实现活塞运动的配气动作。开有中心孔道及旁孔的细长形活塞9是直接将压缩空气的能量转换为机械运动动能的一个零件，并由它把这种动能通过碰撞的方式传递给钻头16，所以活塞是一个很关键的零件；件7为内、外缸合为一体结构的缸体；件10为卡圈，它在更换钻头16时可以防止活塞滑出缸体；件13则为防止钻头16脱落的对开形卡环；件11是起配气作用的导向套；件15是带动钻头转动及在上滑动的前接头；件16是柱齿钻头体，是直接与岩体接触进行破岩的工具。

上述潜孔冲击器有以下弊病：

1、配气杆、阀座和后接头用横销方式刚性连接，横销早期容易变形甚至断裂，且与横销配和的销孔加工精度要求高，配合精度不易保证，装卸不方便。

3、配气杆较长，并开有面积较大的送气孔，采用浮动方式工作，容易出现早期断裂现象，降低冲击器工作时可靠性。

4、有较多的进排气路，因而造成较大的气压损失。

5、活塞上开有较多配气孔道，气道转折且路程长，气体压力损失大，使其对热处理反应敏感，应力集中，工作时常因工艺和结构上的原因早期破坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双腔式外套管结构的冲击器，此卡环能够有效的避免第一种传统卡环结构在工作过程中因为应力集中而产生的破裂缺陷，而且能够避免第二种传统的非台阶式卡环在工作过程中因为应力集中而产生的破裂缺陷；有效的延长了卡环的使用寿命。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种双腔式外套管结构的冲击器，它包括后接头，所述后接头上连接有外套管；所述外套管的内部套装有内缸，所述内缸内部有通过后接头定位安装的配气杆，所述配气杆的腔体内部安装有逆止阀，在逆止阀的腔体内部安装有弹簧；所述外套管内部安装有活塞，所述活塞的一端与内缸的内壁相配合，随着活塞的运动其另一端可与安装在外套管内部的导向套滑动配合；所述外套管的末端安装有前接头，所述前接头和导向套相配合的端面定位安装有卡环；所述前接头的内部通过卡环限位滑动配合安装有钻头，所述钻头的冲击端面与活塞的端面接触配合，并传递冲击能。

所述内缸的外圆设有定位锥面，所述定位锥面与外套管的锥面相配合；所述配气杆的中部设有支撑台阶，所述支撑台阶装与内缸的台阶孔相配合；所述后接头的大端面通过与外套管相配合螺纹的旋进，将配气杆的大端面压紧固定在内缸的端面，使后接头、配气杆、内缸和外套管构成刚性连接。

所述逆止阀的阀座和配气杆采用一体式结构。

所述活塞的内部只钻取有中心孔，在活塞的外壁上加工有过气通道；活塞的不同的轴径之间采用圆弧过渡。

所述外套管内部设置有两个不同孔径的环形腔体A和环形腔体B，所述环形腔体A的内径小于环形腔体B的内径，所述环形腔体A与活塞的最大外径的外圆配合；所述环形腔体B与内缸的两端配合。

所述导向套上加工有锥型面，所述锥型面与加工在外套管内壁上的定位锥型面相配合，进而对导向套定位。

所述冲击器气路采用无折返式气路结构。

所述后接头通过API螺纹其进气口与钻杆固定相连。

所述配气杆上与内缸相配合的位置安装有第二O型圈。

所述外套管和后接头相配合的位置安装有第一O型圈；所述卡环采用剖分结构，所述卡环的外圆安装有第三O型圈。

本发明提供一种双内腔式外套管冲击器有效克服现有冲击器的缺点，在结构上进行了重大变革，相对而言具有以下优点：

1、配气杆、内缸、后接头和外套管装配设计合理

一方面，内缸外圆设有定位锥面e与外套管的锥面d相配合，配气杆中部设有支撑台阶，并与内缸一端的台阶孔相配合；另一面，后接头大端面随着与外套管相配合螺纹的旋进，直接压紧配气杆的大端面在内缸的大端面上，促使配气杆、内缸、后接头和外套管四部件构成刚性连接，通过上述结构避免了配气杆工作时的蹿动，而且能长久的保持高精度的配合，提供了工作效率。

2、配气杆结构合理

配气杆与阀座为一体式结构，且配气杆缩小了轴径比，易于加工，在工作时不易变形和断裂，进而使得配气通道简洁通畅，有效减少了能量的损失，提高了冲击效率。

3、活塞结构合理

首先，活塞内部只加工有中心孔，钻孔个数少、轴径变化较小，能较平稳的传递冲击器工作时的应力，延长了其工作寿命；其次，活塞上孔道少、无折返孔道、无细长孔，加工方便，加工效率高，无需进行高难度的深孔磨削。

4、双腔式外套管设计，配气效率高

外套管内腔设有两个孔径不一样的环形腔体A和环形腔体B，环形腔体A的内径小于环形腔体B的内径，所述环形腔体A分别与活塞的大径及导向套的外圆配合；所述环形腔体B与内缸的两端配合，该设计有效增大了冲击活塞工作面积，使得压缩气体利用率大大提高，进而提高了配气效率，同时保证了冲击效率，提高了能量转化率。

5、导向套与外套管定位结构设计合理

导向套设有锥型面与外套管的定位锥型面相配合，使得外套管加工更为方便，而且使得尺寸精度容易控制，降低了加工难度。

6、系统气路设计合理

系统气路通畅、无折返式气路，大大提高气动效率，减小气压损失。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的双内腔式外套管冲击器主剖视图。

图2为本发明的图1中L局部放大图。

图3为本发明的图1中S局部放大图。

图4为本发明的图1中环形腔体A局部放大图。

图5为本发明的图1中环形腔体B局部放大图。

图6为本发明的双内腔式外套管冲击器冲程时的工作状态图。

图7为本发明的双内腔式外套管冲击器提杆时的工作状态图。

图8为现有的Mission系列无阀冲击器主剖视图。

图中：后接头1、逆止阀2、第一O型圈3、弹簧4、配气杆5、第二O型圈6、内缸7、活塞8、外套管9、导向套10、第三O型圈11、卡环12、前接头13、钻头14；

锥型面a、定位锥型面b、定位锥面e、锥面d；

C~K为气路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-7，一种双腔式外套管结构的冲击器，它包括后接头1，所述后接头1上连接有外套管9；所述外套管9的内部套装有内缸7，所述内缸7的内部通过后接头1定位安装有配气杆5，所述配气杆5的腔体内部安装有逆止阀2，在逆止阀2的腔体内部安装有弹簧4；所述外套管9内部安装有活塞8，所述活塞8的一端与内缸7的内壁相配合，随着活塞8的运动其另一端与安装在外套管9内部的导向套10构成滑动配合；所述外套管9的末端安装有前接头13，所述前接头13和导向套10相配合的端面定位安装有卡环12；所述前接头13的内部通过卡环12限位滑动配合安装有钻头14，所述钻头14的冲击端面与活塞8的端面接触配合，并传递冲击能。上述结构的冲击器相对于现有的冲击器，其零部件数量得到了减少，使其结构得到了简化，保证了工作的可靠性，有效延长了其使用寿命，同时使得其冲击效率得到了很好的提高。

进一步的，所述内缸7的外圆设有定位锥面e，所述定位锥面e与外套管9的锥面d相配合；所述配气杆5的中部设有支撑台阶，所述支撑台阶装与内缸7的台阶孔相配合；所述后接头1的大端面通过与外套管9相配合螺纹的旋进，将配气杆5的大端面压紧固定在内缸7的端面，使后接头1、配气杆5、内缸7和外套管9构成刚性连接。通过上述的装配结构，避免了配气杆5工作时的蹿动，而且能长久的保持高精度的配合，提供了工作效率。进而有效的解决了传统的冲击器配气杆、阀座和后接头用横销方式刚性连接，横销早期容易变形甚至断裂的缺陷，和装卸不方便的缺陷。

进一步的，所述逆止阀2的阀座和配气杆5采用一体式结构，所述配气杆5的轴径比减小。通过上述轴径比配气杆5有效的避免了容易出现早期断裂现象，提高了冲击器工作时可靠性。

进一步的，所述活塞8的内部只钻取有中心孔，在活塞8的外壁上加工有过气通道；活塞8的轴径变化小，不同的轴径之间采用圆弧过渡。此结构的活塞8加工方便，加工效率高，无需进行高难度的深孔磨削。

进一步的，所述外套管9内部设置有两个不同孔径的环形腔体A和环形腔体B，所述环形腔体A的内径H1小于环形腔体B的内径H2，所述环形腔体A分别与活塞8的大径及导向套10的外圆配合；所述环形腔体B与内缸7的两端配合。

进一步的，如图4-5，所述环形腔体A和环形腔体B中，环形腔体A与内导向套10外圆接触配合与A1处，环形腔体A于活塞8大径相配合于A2处；环形腔体B于内缸7两端分别与其配合于B1和B2。该设计有效增大了冲击活塞工作面积，使得压缩气体利用率大大提高，进而提高了配气效率，同时保证了冲击效率，提高了能量转化率。

进一步的，所述导向套10上加工有锥型面a，所述锥型面a与加工在外套管9内壁上的定位锥型面b相配合，进而对导向套10定位。使得外套管9加工更为方便，而且使得尺寸精度容易控制，降低了加工难度。

进一步的，所述冲击器气路采用无折返式气路结构。避免了现有冲击器气道转折且路程长，气体压力损失大的问题。而且上述结构使得冲击器的初期热处理工艺得到简化。

进一步的，所述后接头1通过API螺纹其进气口与钻杆固定相连。

进一步的，所述配气杆5上与内缸7相配合的位置安装有第二O型圈6。

进一步的，所述外套管9和后接头1相配合的位置安装有第一O型圈3；所述卡环12采用剖分结构，所述卡环12的外圆安装有第三O型圈11。

本发明的工作原理如下：

为开动冲击器，须先下放冲击器。当钻头14与岩石接触并顶起活塞处于图1所示位置时，启动准备工作即告结束。

由后接头中空孔道J引入的高压气体P0，顶开逆止阀2，经配气杆旁侧通道K、外套管内侧与内缸外侧形成环形腔C到活塞体表供气室D。高压气体由这里交替的进入气缸前气室F和后气室G。

返程开始时，活塞处于图1所示位置，环形腔C中的高压气体经活塞体表气槽D、经过活塞体表进入前气室F推动活塞运动。在活塞返程运动中，当环形通道E关闭时，前气室F进气停止，活塞靠前气室中的高压气体膨胀继续向上运动，当活塞的前端与导向套脱开后，前气室F气体经钻头中心孔I排至孔底如图6。

在活塞开始反程运动时，后气室G的气体P，经活塞中心气孔H、钻头中心气孔I逸至孔底，使活塞运动时所受到的背压阻力很小；当配气杆小头开始进入活塞构成配合时，活塞的返程运动使后气室G的气体受到压缩；当活塞大端运动至与内缸内壁形成开口，高压气体经环形腔C、活塞体表气槽D进入后气室G。由于活塞运动惯性，活塞滑行一段距离，直到进入后室G的高压气体产生压力使活塞终止返程运动。

活塞冲程运动时，活塞在高压气体的推动下运动到活塞大端与内缸内壁形成的开口关闭瞬间，高压气体进入后气室的通道被堵死，活塞靠气体膨胀向前运动，当活塞中心孔与配气杆下端脱离后，后气室气体经H、I排至孔底。此时活塞撞击钻头尾部完成冲程运动。在活塞开始冲程运动时，前气室F的气体继续经导向套和钻头中心孔I排到孔底；当活塞前端进入导向套时，前气室的气体开始压缩，活塞一直运动到接通圆弧槽E，高压气体进入到前气腔F，完成了配气过程。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (10)

1.一种双腔式外套管结构的冲击器，它包括后接头（1），所述后接头（1）上连接有外套管（9）；其特征在于：所述外套管（9）的内部套装有内缸（7），所述内缸（7）内部有通过后接头（1）定位安装的配气杆（5），所述配气杆（5）的腔体内部安装有逆止阀（2），在逆止阀（2）的腔体内部安装有弹簧（4）；所述外套管（9）内部安装有活塞（8），所述活塞（8）的一端与内缸（7）的内壁相配合，随着活塞（8）的运动其另一端可与安装在外套管（9）内部的导向套（10）滑动配合；所述外套管（9）的末端安装有前接头（13），所述前接头（13）和导向套（10）相配合的端面定位安装有卡环（12）；所述前接头（13）的内部通过卡环（12）限位滑动配合安装有钻头（14），所述钻头（14）的冲击端面与活塞（8）的端面接触配合，并传递冲击能。

2.根据权利要求1所述的一种双腔式外套管结构的冲击器，其特征在于：所述内缸（7）的外圆设有定位锥面（e），所述定位锥面（e）与外套管（9）的锥面（d）相配合；所述配气杆（5）的中部设有支撑台阶，所述支撑台阶装与内缸（7）的台阶孔相配合；所述后接头（1）的大端面通过与外套管（9）相配合螺纹的旋进，将配气杆（5）的大端面压紧固定在内缸（7）的端面，使后接头（1）、配气杆（5）、内缸（7）和外套管（9）构成刚性连接。

3.根据权利要求1所述的一种双腔式外套管结构的冲击器，其特征在于：所述逆止阀（2）的阀座和配气杆（5）采用一体式结构。

4.根据权利要求1所述的一种双腔式外套管结构的冲击器，其特征在于：所述活塞（8）的内部只钻取有中心孔，在活塞（8）的外壁上加工有过气通道；活塞（8）的不同的轴径之间采用圆弧过渡。

5.根据权利要求1所述的一种双腔式外套管结构的冲击器，其特征在于：所述外套管（9）内部设置有两个不同孔径的环形腔体A和环形腔体B，所述环形腔体A的内径小于环形腔体B的内径，所述环形腔体A与活塞（8）的最大外径的外圆配合；所述环形腔体B与内缸（7）的两端配合。

6.根据权利要求1所述的一种双腔式外套管结构的冲击器，其特征在于：所述导向套（10）上加工有锥型面（a），所述锥型面（a）与加工在外套管（9）内壁上的定位锥型面（b）相配合，进而对导向套（10）定位。

7.根据权利要求1所述的一种双腔式外套管结构的冲击器，其特征在于：所述冲击器气路采用无折返式气路结构。

8.根据权利要求1所述的一种双腔式外套管结构的冲击器，其特征在于：所述后接头（1）通过API螺纹其进气口与钻杆固定相连。

9.根据权利要求1所述的一种双腔式外套管结构的冲击器，其特征在于：所述配气杆（5）上与内缸（7）相配合的位置安装有第二O型圈（6）。

10.根据权利要求1所述的一种双腔式外套管结构的冲击器，其特征在于：所述外套管（9）和后接头（1）相配合的位置安装有第一O型圈（3）；所述卡环（12）采用剖分结构，所述卡环（12）的外圆安装有第三O型圈（11）。